Novel Ca doped Sr0.7Bi0.2TiO3 lead-free relaxor ferroelectrics with high energy density and efficiency

材料科学 电介质 兴奋剂 储能 电容器 介电损耗 功率密度 热稳定性 粒度 复合材料 光电子学 电气工程 热力学 化学工程 电压 功率(物理) 工程类 物理
作者
Peng Zhao,Bin Tang,Feng Si,Chengtao Yang,Hao Li,Shuren Zhang
出处
期刊:Journal of The European Ceramic Society [Elsevier BV]
卷期号:40 (5): 1938-1946 被引量:95
标识
DOI:10.1016/j.jeurceramsoc.2020.01.006
摘要

Sr0.7Bi0.2TiO3 with high relaxor behavior and energy storage efficiency (η) is expected to be applied in power energy storage capacitors. However, its energy storage density is limited by the relatively low dielectric breakdown strength (DBS). Herein, Sr0.7Bi0.2CaxTiO3 (SBT-xC, x = 0 ∼ 0.15) was prepared to decrease the average grain size of Sr0.7Bi0.2TiO3. This can effectively eliminate the oxygen vacancy and decrease the electrical conductivity and leakage current, which result in the enhanced DBS. Meanwhile, Ca doping increases the relaxor behavior and dielectric constant. When x = 0.1, the composition exhibits high DBS of 480.2 kV/cm and excellent energy storage properties, such as high energy storage density of 2.1 J/cm3 with high η of 97.6 % at 290 kV/cm, considerable thermal stability and great frequency stability. Moreover, SBT-0.1C shows high power density of 50.1 MW/cm3. These results suggest that SBT-0.1C is a potential candidate for high performance dielectric energy storage applications.

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